رازِ صدف‌های دریایی: کابل‌های نوریِ طبیعی در اعماق اقیانوس!

شگفتیِ کابل‌های نوری و صدف‌های دل‌انگیز در اعماق دریا

از زمانی که اولین کابل‌های فیبر نوری به دنیای ما پا گذاشتن، توی خیلی از جاها سر و کله‌شون پیدا شده، از جمله در دستگاه‌های پزشکی، اینترنت پرسرعت و حتی تلویزیون‌های کابلی. اما انگار یه سری موجود دریایی خیلی وقت پیش، این فناوری رو یاد گرفتن. یه تحقیق تازه نشون می‌ده که صدف‌های قلبی، که به خاطر شکل قلب‌شون این اسم رو گرفتن، توی صدف‌هاشون یه چیزایی دارن که مثل کابل فیبر نوری عمل می‌کنه و نور رو با طول موج‌های خاص به بافت‌هاشون می‌رسونه.

محقق‌ها توی دانشگاه دوک و دانشگاه استنفورد با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی و لیزری و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، فهمیدن که این صدف‌ها جاهایی دارن که نیمه‌شفافه و یه سری رشته‌های نازک مو مانند که با نظم خاصی چیده شدن. اینا نور رو به عمق بافت‌هاشون هدایت می‌کنن. این یافته‌ها توی 19 نوامبر توی مجله‌ی Nature Communications چاپ شد.

نسبتِ دوس‌داشتنی با جلبک‌های ذره‌بینی

صدف‌های قلبی توی آب‌های گرم و استوایی اقیانوس هند-آرام زندگی می‌کنن و با جلبک‌های ذره‌بینی که توی بافت‌هاشون هستن، یه ارتباط دوطرفه و مفید دارن. این جلبک‌ها برای رشدشون به نور نیاز دارن. جلبک‌ها هم خونه و جای امن دارن و می‌تونن راحت رشد کنن، و صدف‌ها هم از قندهایی که جلبک‌ها با فوتوسنتز درست می‌کنن، تغذیه می‌کنن.

برای اینکه این رابطه‌ی نزدیک رو حفظ کنن، صدف‌های قلبی یه جورایی باغبون‌های درون‌ساز ماهری شدن و نور رو می‌کشن توی صدف‌های تاریک‌شون. یه پنجره‌های طبیعی‌ای درست کردن که نور لازم جلبک‌هاشون رو تامین کنه، بدون اینکه صدف‌هاشون رو باز کنن و خودشون رو در معرض خطر دندون و چنگال شکارچی‌های احتمالی قرار بدن. داکوتا مک‌کوی، که سرپرست این تحقیق بوده، می‌گه: «در واقع اونا پنجره‌های نیمه‌شفافی توی صدف‌هاشون دارن.» مک‌کوی، که این کار رو به عنوان محقق NSF PRFB زیر نظر سون‌که جانسن توی دانشگاه دوک شروع کرده بود، الان استاد دانشگاه شیکاگو هستش.

کشف‌های جدید در ساختار صدف‌ها

محقق‌ها با استفاده از میکروسکوپ لیزری برای بررسی شکل سه‌بعدی صدف‌های قلبی، دیدن که زیر هر پنجره، برجستگی‌های کوچیک و نیمه‌شفاف هست که از دونه‌ی شن هم کوچیکترن و مثل عدسی عمل می‌کنن و نور خورشید رو جمع می‌کنن و یه پرتو متمرکز به داخل صدف می‌فرستن، جایی که جلبک‌ها زندگی می‌کنن.

تازه‌هایی درباره‌ی ساختار صدف‌های قلبی

جانسن، که سرپرست اصلی این تحقیق و استاد زیست‌شناسی توی دانشگاه دوک هست، می‌گه: «من این رو مثل یه کلیسای جامع ارگانیک تصور می‌کنم با پنجره‌های رنگی که نور روی مؤمن‌های داخلش می‌افته.» محقق‌ها وقتی صدف‌ها رو زیر میکروسکوپ الکترونی اسکن کردن، یه شگفتی دیگه هم دیدن. صدف‌های قلبی و خیلی از حیوانات دیگه دریایی از یه نوع خاص کربنات کلسیم به اسم آراگونیت برای ساختن صدف‌هاشون استفاده می‌کنن.

میکروسکوپ نشون داد که بیشتر صدف‌های قلبی یه ساختار لایه‌ای دارن که توی اون صفحه‌های نازک آراگونیت با زاویه‌های مختلف روی هم قرار گرفتن. مک‌کوی می‌گه: «این مثل کار آجرهای قشنگ می‌مونه.» اما توی هر پنجره، جنس صدف به صورت الیاف مو مانند و فشرده دراومده که به جای صفحه‌ها، توی جهت نور ورودی ردیف شدن. مک‌کوی اضافه می‌کنه: «این کاملاً با اون چیزی که انتظار داری فرق داره.»

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشون داد که اندازه‌، شکل و جهت الیاف، نور بیشتری رو به داخل صدف‌های قلبی منتقل می‌کنه تا بقیه‌ی طرح‌هایی که این موجودات می‌تونستن داشته باشن. خصوصاً، این الیاف نور رو توی محدوده‌ی آبی و قرمز که بهترین طول موج برای فوتوسنتزه، وارد می‌کنن، ولی انگار جلوی تابش فرابنفش رو می‌گیرن که به نظر میاد به DNA آسیب می‌رسونه. جانسن می‌گه: «در کل، الیاف و عدسی‌ها یه سیستم درست کردن که طول موج‌های مضر رو فیلتر می‌کنه، طول موج‌های خوب رو راهنمایی می‌کنه و جمع‌شون می‌کنه تا به اندازه‌ی کافی به داخل صدف برن و همزیست‌های جلبکی بهترین محیط نوری ممکن رو داشته باشن.»

محقق‌ها همچنین فهمیدن که چون الیاف توی صدف‌ها خیلی کوچیک و فشرده هستن، اگه نور ازشون رد بشه، یه تصویر باکیفیت از هر چیزی که زیرشون هست، اون طرف ظاهر می‌شه، تقریباً مثل صفحه‌ی تلویزیون. تیم تحقیق گفت که باید بیشتر کار کنن تا بفهمن که آیا صدف‌های قلبی از این قدرت تصویرسازی استفاده‌ای می‌کنن یا نه، اگه استفاده‌ای دارن. جانسن می‌گه: «شاید یه روز این صدف‌ها الهام‌بخش روش‌های جدیدی بشن برای طراحی کابل‌های فیبر نوری، که اجازه می‌دن نور مسافت‌های طولانی رو طی کنه، حتی توی فاصله‌های زیاد، بدون اینکه فرار کنه و سیگنال توی راه از بین بره.»

مک‌کوی می‌گه: «صدف‌ها دارن یه کار خیلی جالب انجام می‌دن.» این تحقیق با حمایت‌های مالی از بنیاد ملی علوم (2109465، 1933624 و ECCS-2026822) انجام شده.